基于物联网的智慧农业现状及展望

2021-12-05王拖勤

农业技术与装备 2021年8期

王拖勤

（山西省农业机械化服务中心，山西太原 030031）

根据联合国粮食和农业组织的报告，到2030年，世界人口将达到85×108人，2050年达到96×108人。然而，在全世界范围内，农业用地不断缩减，淡水愈发缺乏，极端气候不断增加的条件下，粮食产量必须增加70%，才能解决不断扩张的人口的温饱问题。

为了解决上述的问题，粮食的质量和产量必须提高。而随着我国现代农业的机械化和规模化发展，农业行业内各个环节沟通的壁垒，如信息壁垒、技术壁垒等已经成为了限制农业发展的主要因素。物联网的出现，有效解决了这些问题，并且已经逐步显现出不可替代的作用。尤其是在我国全面迈入5G时代的今天，物联网技术有潜力让整个农业产业高效地连接在了一起，大大降低生产成本，提升生产效率。

因此，基于物联网的智慧农业将为粮食危机提供解决方案。智慧农业也被称为农业方面的4.0绿色革命，可以将农业和现代物联网技术结合起来，提高农作物产量，降低成本。

1 实现智慧农业的方式和价值

1.1 智慧农业的定义及其实现方式

智慧农业就是将物联网、云计算、大数据等信息技术应用到农业中，对农业生产过程进行信息精准感知、智能控制和决策、提供个性化服务等的全新生产方式。

常见的智慧农业架构可以概括为信息感知层面、网络分析处理层面和应用决策层面。

信息感知层面，主要是为了实现对生命信息和环境因素识别和感知。传感器是物联网和智慧农业的基础，可以感知和测量农作物的生长信息，如植物的生长体征、农药化肥元素等，以及农作物的环境信息，如土壤、水分、空气的指标。这些收集的数据可以通过无线传感网络（WSN）,射频识别技术（RFID），和近场通信（NFC）等技术传达到云端，以实现对农场的全方位检测。卫星遥感是一种准确、及时、大范围探测农业资源的技术手段。该技术在农作物估产、渔情渔汛、农业灾害等都有着不可忽视的重要作用。例如，在小麦的生长过程中，卫星可以检测大到作物面积变化、土壤墒情，小到小麦叶面叶绿素含量、氮含量等方面的检测，方便对“种什么、在哪儿种、怎么种”3个维度的问题进行管理。

网络分析处理层面。数据平台服务是应用于物联网和智慧农业的重要一环。将传感器、遥感卫星等信息感知技术收集的数据，通过物联网、人工智能等技术进行分析，实现农作物种植标准化、病虫害识别与监测、牲畜健康实时追踪等目标，有效的减少农业种植、牲畜养殖等面临的非系统性风险。

在应用决策层面，人们可以通过对数据的精准分析，做出合理的决策，将处理好的数据发送到智能化的大型农业机械上，并对其进行精细指挥，实现播种、施肥、灌溉等作业的自动控制。其中，卫星导航系统在智慧农业行业的应用主要在于为农机自动驾驶技术提供了技术保障，使农机按照卫星导航系统预先设定的路线进行施肥、喷药等工作。同时，导航卫星可以实时跟踪车辆，将其位置信息与通过农机摄像头获取的周围作物数据传输到控制端，利用网络分析处理中心分析后，农机的车载计算机将实时调节并显示作业情况及进度等。

基于以上物联网技术，智慧农业可以将农业生产中起重要作用的环境与动植物的信息进行采集、分析和交换，并最终对其进行远程调控。

1.2 发展智慧农业的意义

农业生产精细化。在传统的耕作方法中，大范围的监控土地、农作物的状况具有挑战性。借助物联网的各种新技术，这种精细化环境监控和调节变得更加容易。农民可以减少“野外行走”来人工监控农作物，转而用更多的时间解决农场的真正问题——精细化灌溉、土壤修复、解决病虫害等。

农业生产高效化。遥感与大数据提供的市场供需数据、卫星提供的天气变化数据与预警、传感器提供的农作物生长数据等，都可以帮助农业生产经营者在宏观和微观上准确调节农业生产、加工、销售等各个环节，提高了生产效率。

农业生产可持续化。传统农业的粗放式生产，往往伴随着资源的浪费和污染，如过度使用化肥农药带来的土壤污染，以及地面灌溉带来的水资源浪费。同时，这种方式生产的农产品往往产量低，品质差，危害消费者健康。借助物联网平台，精细化的生产不仅可以节约资源和成本，减少污染，还可以建立农产品溯源系统，保障食品安全。

智慧农业利用互联网、物联网和云计算等现代信息技术成果，改造提升整个农业产业链，促进农业与第二产业、第三产业交叉渗透、融合发展，提升了农业竞争力，拓展了农业发展空间。

2 智能农业的应用

目前，智慧农业已经相对成熟，从育种、种植、水肥、加工等阶段都有广泛的应用。例如，在陕西省延安市甘泉工业园，国家电力投资集团投产以智能植物工厂为先导的智慧农业项目。该项目采用人工光源建设的水培蔬菜植物，拥有高精度环境操控系统，使蔬菜和牧草的生长发育不受自然条件制约。成长速度比室外更快，肥料比传统栽培节省50%，不需要担心病虫害问题，产量超过普通温室的10倍以上，并且实现了蔬菜的周年连续生产。除此之外，该项目全程节能低耗，使用人工智能管理，有效节省人力成本。在这座没有阳光的“地下城”，基于物联网的智慧农业正展现着它的魅力。

养殖行业主要分育种、繁育、饲养和疾病防疫4个核心环节。互联网巨头企业网易在2009年开始智慧养猪。其智能化养殖业务涵盖繁育、饲料加工、饲养、深加工、运输等阶段，实现了猪场环境控制智能化、饲喂方式智能化、生产过程智能化、安全管理智能化，以及数据管理智能化。这些科技可以对猪的身体状况、进食量以及排泄情况进行远程遥感监控，为猪提供优质、舒适的生活环境，使得产出的猪肉美味、安全。由于可以实现猪场成本和效益的平衡，智能化养殖将成为行业发展的新方向。

3 智慧农业的未来发展方向

据国际咨询机构预测，到2025年，全球智慧农业市值将达到182.1×108美元。在我国，随着经济的发展以及科技的进步，外加人口红利正在慢慢地消失，发展智慧农业的理念已逐渐深入人心。例如，据农业农村部统计，我国农业自动导航系统设备销量在2020年呈现出了爆发式增长。其中，安装北斗导航系统终端的农机超过2.3×104台（套），较2019年接近翻了两番；安装自动驾驶系统的农机销售1.7×104套，同比增长188%。

然而，目前的智能农业总体上依然处于初步融合阶段，农业互联网渗入率仅3%～5%，发展空间巨大。未来，从农业大国走向农业强国的道路中，需要把握好智慧农业的发展路径、方向和目的。要求将可复制的物联网技术进行因地制宜的推广，提升基础研究能力和关键技术应用，探索推进模式和机制。

首先，要健全农业数据采集系统，加快物联网技术与农业生产、加工、经营体系的融合，使其向智慧农业转型，加大农业数字经济比重，完善乡村数字治理体系。其次，要大力推进“农业云”服务平台。借助卫星、农业企业、大型互联网企业以及科研单位数据库，将农业物联网数据充分整合，对农业生产进行改造，加强农事精准化、品质化、身份化管理，全面提高农业生产的数据化和可持续化发展。